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发酵工程

发酵工程:是指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术.菌种保藏:运用物理、生物手段让菌种处于完全休眠状态,使在长时间储存后仍能保持菌种原有生物特性和生命力的菌种储存的措施。

富集培养:指利用不同微生物间生命活动特点的不同,人为地提供一些特定的环境条件,使特定种(类)微生物旺盛生长,使其在数量上占优势,更利于分离出该特定微生物,并引向纯培养.菌种退化:菌种在培养或保藏过程中,由于自发突变的存在,出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象.前体:是被加入培养基的化合物,能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去,而自身的结构并未发生太大变化,却能提高产物的产量的一类小分子物质.生长因子:是一类调节微生物正常生长代谢所必需,但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物,包括广义生长因子和狭义生长因子。

产物合成促进剂:指那些非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂。

如:链霉素生产加巴比妥,赖氨酸生产加红霉素等。

斜面培养基:固体培养基(solid culture medium )的一种形式;制作时应趁热定量分装于试管内,并凝固成斜面的称为斜面培养基,用于菌种扩大转管及菌种保藏。

种子培养基:供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体,并使菌体长得粗壮,成为活力强的“种子”的培养基,所以种子培养基的营养成分要求比较丰富和完全。

发酵培养基:发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。

它既要使种子接种后能迅速生长,达到一定的菌丝浓度,又要使长好的菌体能迅速合成需产物。

空消:指清除空间内不好的或不需要的杂质,使之达到无害化的洁净程度。

实消:就是将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中,通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程,也称实罐灭菌。

连消:即连续灭菌,即培养基的连续灭菌,是灭菌的一种方式。

就是将配制好的并经预热的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔,使其在短时间内达到灭菌温度。

湿热灭菌:指用饱和水蒸气、沸水或流通蒸汽进行灭菌的方法,以高温高压水蒸气为介质,由于蒸汽潜热大,穿透力强,容易使蛋白质变性或凝固,最终导致微生物的死亡。

分批灭菌:将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中,通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程,也称实罐灭菌。

临界溶氧值:指河段内氧垂曲线上氧垂点处的溶解氧量,它是一段河流内最小的断面上河水溶解氧浓度值。

对数残留定律:在一定温度下,微生物的受热死亡反应可描述为一级化学反应,遵循一级化学反应动力学,即微生物的热死亡速率与任一瞬时残存的活菌数成正比,称之为对数残留定律。

灭菌:采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。

消毒:指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法,通常用化学的方法来达到消毒的作用。

防腐:通过采取各种手段,保护容易锈蚀的金属物品的,来达到延长其使用寿命的目的,通常采用化学防腐、物理防腐、电化学防腐等方法。

除菌:采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。

空气除菌:指用介质过滤、加热、射线照射‘药液喷淋、薰蒸、穿透等方法制成无菌空气用于发酵过程使用。

碳氮比:指有机物中碳的总含量与氮的总含量的比值。

一般用“C/N”表示。

菌种扩大培养:是对保藏菌种进行活化和逐级繁殖培养,从而为发酵生产提供相当数量代谢旺盛并满足一定生理要求的微生物细胞(种子)的方法。

过滤除菌:用物理阻留的方法将液体或空气的细菌除去,以达到无菌目的。

】生理碱性物质:无机氮源被菌体作为氮源利用后,若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质。

生理酸性物质:无机氮源被菌体作为氮源利用后,培养液中就留下了酸性或碱性物质,这种经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质。

种龄:指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

接种量:指移入种子液的体积和接种后培养液体积的比例。

初级代谢产物:指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质,如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。

最适生长温度:适合于生物生长、繁殖或者适合于某个反应进行的最佳温度条件称之为最适温度。

1.工业上常用的菌种保藏方法有哪些?举出4-5种传代培养保藏法,液体石蜡覆盖保藏法,载体保藏法,寄主保藏法,冷冻干燥保藏法2.现代发酵工程的发酵罐应具备哪些特征?①必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分,②有利于减少培养基原料的单耗,③有利于提高产物浓度,④有利于提高产物的合成速度,⑤尽量减少副产物的形成,便于产物的分离纯化,⑥原料价格低廉,质量稳定,取材容易。

3.微生物发酵种子应具备哪些条件?①菌种细胞的生长活力强,转种至发酵罐后能迅速生长,延迟期短,②菌种生理状态稳定,③菌体浓度及总量能满足大容量发酵接种量的要求,④无杂菌污染,保证菌种纯度,⑤菌种适应性强,能保持稳定的生产力。

4.发酵工业常用的氮源有哪些?起何作用?常用氮源有:玉米浆,蛋白胨,酵母粉,鱼粉,黄豆饼粉作用:用于构成菌体细胞物质和合成含氮代谢物。

5.什么叫染菌?对产物提取有什么影响?染菌:某些物体被外来的微生物混入的现象,如制成的培养基,分离出的纯粹培养物,灭过菌的外科手术器械和消过毒的种子、土壤、食具又落入杂菌,产生不良的影响。

影响:①使发酵培养基因杂菌的消耗而损失,造成生产力下降②杂菌合成一些新的代谢产物,使发酵产物的提取和分离变得困难③杂菌污染会改变原反应体系的pH④杂菌分解产物,使生产失败⑤细菌发生噬菌体污染,微生物细胞裂解,是发酵发生异常变化。

6.细菌群体从开始生长到死亡分为哪四个时期?延迟期,对数期,稳定期,生长期。

7.规模较大的发酵工厂为何多采用连续灭菌工艺?①优点是连续性强,快速灭菌消毒,培养基营养成分破坏少,适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒②加热时间短,提高了热的利用率③操作条件恒定,灭菌质量稳定④易于实现管道化和自控操作发酵设备利用率高。

8.以谷氨酸发酵为例,说明培养基的组成会对菌种产生哪些影响?①碳源,提供微生物菌体生长繁殖所需的能量及合成菌体所需的碳骨架,提供菌体合成目的产物的原料②氮源,用于构成菌体细胞物质和合成含氮代谢物③无机盐及微量元素,作为微生物生理活性物质或生理活性作用调节物。

④水,代谢反应的内部介质,是所有培养基的主要成分,在微生物代谢过程当中站着极其重要的位置⑤生长调节物质,有助于调节产物的形成。

9.在发酵过程中,培养液的pH为什么会发生变化?应当怎样调节和控制培养液的pH?由于微生物在利用营养物质时,酸碱物质的积累或代谢时酸碱物质的形成都会造成培养体系pH波动或微生物本身酸碱特性。

合理配置培养基是保证发酵过程种pH能满足工艺要求的决定因素之一。

在选取培养基成分时,除了考虑营养的需求外,也要考虑代谢后对培养基pH的缓冲体系的贡献。

10.实验室用压力锅进行培养基灭菌时应注意哪些事项?①加热前一定要保证有足够的水②关闭放气阀之后操作员一定要在旁边时刻监控压力表,防止压力过大,安全阀冲开,有计时器的灭菌锅则可以自动停止加热。

③排气时间要足够长。

11.发酵生产中一旦发现染菌应采取哪些挽救措施?染菌的检查与类型的判断:显微镜检查法,平板划线培养检查法,肉汤培养检查法,发酵过程种的异常现象观察法。

污染原因的分析:①从污染杂菌的种类进行分析②从污染时间进行分析③从污染的程度进行分析。

12.种子及发酵液进行无菌状况检查常用的方法有哪些?显微镜观察,平板划线培养检查,肉汤培养检查13.菌种保藏主要利用那些原理?试举例一一说明菌种保藏有多种方法,其原理大多大同小异,主要是运用一些方式尽量降低生物体内的代谢,达到延长生命,减少变异的目的。

通常采用的方法为低温、缺氧、干燥。

低温主要对菌种产生两方面的影响,首先,较低的温度可以减缓机体细胞的酶活,降低新陈代谢,达到保藏菌种的目的。

其次,低温同时会导致菌体诱发菌丝自溶机制,如果降温过程失误,同样会造成机体的机械损伤和溶质损伤。

微生物具有容易变异的特性,因此,在保藏过程中,必须使微生物的代谢处于最不活跃或相对静止的状态,才能在一定的时间内使其不发生变异而又保持生活能力。

低温、干燥和隔绝空气是使微生物代谢能力降低的重要因素,所以,菌种保藏方法虽多,但都是根据这三个因素而设计的。

[3]14.发酵工业最常用的无机氮源和有机氮源有哪些?试举例说明有机氮源:黄豆饼粉,蛋白胨,玉米浆,酵母粉,鱼粉无机氮源:铵盐,硝酸盐,氨水15.试述消毒和灭菌的区别。

灭菌,是指杀灭或者去处物体上所有微生物,包括抵抗力极强的细菌芽孢在内。

消毒,是指杀死物体上的病原微生物,细菌芽孢和非病原微生物可能还是存活的。

一般来说,灭菌比消毒要求更高一些。

16.消泡剂的种类有哪些?天然油脂类,聚醚类,高级醇类,硅树脂类17.防止发酵菌种退化的具体措施有哪些?1.合理的育种2.选用合适的培养基3.创造良好的培养条件4.控制传代次数由于微生物存在着自发突变5.利用不同类型的细胞进行移种传代6.采用有效的菌种保藏方法18.如何选择最适发酵温度?1、根据菌种及生长阶段选择。

微生物种类不同,所具有的酶系及其性质不同,所要求的温度范围也不同。

2、根据培养条件选择。

温度选择还要根据培养条件综合考虑,灵活选择3、根据菌生长情况,菌生长快,维持在较高温度时间要短些;菌生长慢,维持较高温度时间可长些。

19.发酵级数确定的依据有哪些?根据菌种生长特性,包子发芽及菌体繁殖速度,以及所采用发酵罐的容积而定。

生长快的细菌,种子用量比例少,种子罐相应也少,生长慢的菌种种子罐级数要多。

种子罐技术越少,越有利于简化工艺,并可减少染菌机会,改变种子罐的培养条件,加速了包子发芽及菌体繁殖,也相应减少种子罐低的级数。

20.什么是半连续培养,说明其优缺点半连续培养:指在分批培养的基础上,周期性地放出部分含有产物的发酵液,然后再补加相同体积的新鲜培养基的发酵方法。

优点:使产物在较高的浓度水平,进行多次收获,生产效率高缺点:工序繁琐,发酵周期较长,生产效率较低,易遭受杂菌的污染,菌种易退化21.好氧发酵罐的类型有哪些机械搅拌式通风发酵罐,自吸式发酵罐,气升式发酵罐,塔式发酵罐22.结合所学的《微生物发酵工程》课程,详细说明谷氨酸发酵的生产工艺流程(可画图说明)。

24.按化学成分可将培养基分为哪几类?各有何用途?(1)合成培养基.合成培养基的各种成分完全是已知的各种化学物质.这种培养基的化学成分清楚,组成成分精确,重复性强,但价格较贵,而且微生物在这类培养基中生长较慢.(2)天然培养基.由天然物质制成,如蒸熟的马铃薯和普通牛肉汤,前者用于培养霉菌,后者用于培养细菌.这类培养基的化学成分很不恒定,也难以确定,但配制方便,营养丰富,所以常被采用.(3)半合成培养基.在天然有机物的基础上适当加入已知成分的无机盐类,或在合成培养基的基础上添加某些天然成分,如培养霉菌用的马铃薯葡萄糖琼脂培养基.这类培养基能更有效地满足微生物对营养物质的需要.25.简述发酵过程中pH的调控方法①改变培养基质中基质成分及比例②培养基中增加反应体系③培养过程中通过补加碳源调节pH④使用酸碱物质进行调控,但需注意过程中出现的局部过酸和过碱26.种子扩大培养的一般步骤是什么?①将冷冻干燥管中的种子接种到斜面培养基进行活化培养②将生长良好的斜面种子或菌丝接种到扁平固体培养基或摇瓶液体培养基进行扩大培养。

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